汪劍波

(福能集團(tuán)晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 晉江 362251)

一、前言

晉江天然氣發(fā)電有限公司1#～4#機(jī)組為F級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)型號為D10優(yōu)化型，為一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、沖動式無抽汽純凝式機(jī)組。每臺機(jī)組配用一只通徑為20 in的低壓主蒸汽進(jìn)汽控制閥(ACV)。該閥的主要功能是調(diào)節(jié)低壓進(jìn)汽壓力，防止透平超速，并向低壓系統(tǒng)供冷卻蒸汽以帶走轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。

自2013年5月以來，1#機(jī)組ACV在啟機(jī)過程中連續(xù)發(fā)生卡澀現(xiàn)象，給機(jī)組正常運(yùn)行帶來較大風(fēng)險。

二、低壓進(jìn)汽閥工作方式

低壓主蒸汽進(jìn)汽控制閥閥體(圖1)是帶有偏心軸的、由多層密合圈材料制成的密合型碟閥。閥門開度調(diào)節(jié)采用單作用式的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。液壓油經(jīng)孔板進(jìn)入到伺服閥，調(diào)節(jié)后再由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)將碟閥打開到所需的閥位。機(jī)組遮斷時，由伺服閥將控制閥關(guān)閉。

作為防止超速的第一道防線，低壓主蒸汽進(jìn)汽控制閥位置受來自Mark VI控制系統(tǒng)的信號調(diào)節(jié)。該信號與軸轉(zhuǎn)速成反比：閥門在速度上升到額定轉(zhuǎn)速的101%時開始關(guān)閉；在額定轉(zhuǎn)速的103.5%或之前就完全關(guān)閉；當(dāng)達(dá)到103.5%時，速度檢測信號完全超越低壓進(jìn)汽控制信號使閥完全關(guān)閉。為了帶走機(jī)組啟動時汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦鼓風(fēng)熱量，要求向低壓聯(lián)通管送入輔助蒸汽去冷卻汽輪機(jī)通流部分。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至75%～77%時，低壓主蒸汽進(jìn)汽控制閥打開到10%開度，向低壓系統(tǒng)供汽，直到從汽輪機(jī)高壓和中壓段來的蒸汽流量能滿足冷卻蒸汽量的要求時為止。

圖1 低壓主蒸汽進(jìn)汽控制閥平面結(jié)構(gòu)圖

三、故障現(xiàn)象

2013年5月3日，1#機(jī)組溫態(tài)開機(jī)。機(jī)組轉(zhuǎn)速大于1 500 r/min后出現(xiàn)ACV閥開至5%后未繼續(xù)開啟的異常現(xiàn)象。圖2給出了5月3日啟機(jī)過程中ACV閥開度趨勢圖。

轉(zhuǎn)速升至1 872 r/min時，Admission press 和 AP internal setpt百分?jǐn)?shù)各為153%、100%，ACV閥指令為94%，而實(shí)際ACV閥位維持5%不變。檢查機(jī)組AP Limiter Ref 百分?jǐn)?shù)為128%，說明MARKVI控制系統(tǒng)給出的指令為全開。檢查壓力限制信號，發(fā)現(xiàn)非壓力受限制引起ACV未全開。MARK VI控制系統(tǒng)畫面中顯示ACV閥前壓力維持在0.39MPa。降低ACV閥前壓力，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)2 600r/min后，指令與反饋一致時才正常開啟。其后多次開機(jī)，都出現(xiàn)了ACV閥開啟異常。

圖2 5月3日開機(jī)趨勢圖

圖3 5月7日開機(jī)趨勢圖

圖3為5月7日熱態(tài)啟機(jī)曲線，MARKVI畫面ACV閥前壓力維持在0.28MPa，到1 739r/min指令與反饋一致時正常開啟。

四、故障原因分析

比較1#、2#機(jī)組啟機(jī)過程中ACV閥開啟時各參數(shù)曲線發(fā)現(xiàn)：熱態(tài)啟機(jī)相同壓力情況下，2#機(jī)組ACV閥指令與反饋一致，沒有出現(xiàn)開啟異常，并且ACV閥開啟后閥前壓力維持穩(wěn)定。因此，1#機(jī)組啟機(jī)過程中，ACV閥開啟異常，可能與ACV閥本身有關(guān)。相同壓力下，2#機(jī)組ACV閥開啟過程中未出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，而1#機(jī)組ACV閥開啟異常，機(jī)組ACV閥門指令與反饋不一致，說明ACV閥門可能存在機(jī)械卡澀。

由圖1可知，ACV閥主要卡澀部位包括：碟板與閥座接觸處、閥本體上下兩端閥桿與閥桿套處以及閥桿與軋?zhí)m處。主要原因如下。

(1)受壓狀態(tài)下，閥桿沿系統(tǒng)進(jìn)氣方向單側(cè)受力發(fā)生形變，導(dǎo)致與閥桿套裝配間隙單側(cè)減小。

(2)閥桿與閥桿套膨脹間隙設(shè)計不夠。受熱后，閥桿與閥桿套將沿軸向及徑向膨脹。當(dāng)閥桿套原始軸向間隙不夠?qū)е螺S向膨脹受限時，閥桿套將向徑向膨脹而致與閥桿的徑向配合間隙變小。

(3)閥桿與閥桿套間或閥桿與軋?zhí)m間因高溫氧化物或雜質(zhì)導(dǎo)致徑向間隙變小，發(fā)生卡澀。

(4)在關(guān)閉狀態(tài)下，閥瓣與閥座受熱膨脹后卡住。

五、檢查處理過程

5月12日換ACV閥伺服閥。啟動到1 629 r/min，MARK VI監(jiān)控畫面顯示ACV閥前壓力維持在0.28MPa，1 739 r/min后指令與反饋一致時正常開啟。

5月17日將2#機(jī)ACV油動機(jī)與1#機(jī)互換使用。開機(jī)過程中ACV閥門開啟正常。后啟停約30余次后再次發(fā)生卡澀。

7月7日更換整個閥體。隨后多次開機(jī)，閥前壓力0.3MPa時開機(jī)啟動正常，新閥更換后至今一直工作正常。

解體檢查更換下來的舊閥發(fā)現(xiàn)。

(1)上、下端閥桿與閥桿套徑向配合間隙約350 μm，閥桿與閥桿套受熱總膨脹量約200 μm。

(2)在閥體上架百分表，給碟板施加外力，測得閥桿順氣流方向的軸向竄量約30μm，可以排除進(jìn)汽時碟板單側(cè)受壓及熱態(tài)下膨脹致徑向間隙變小卡澀故障。

(3)軋?zhí)m處有單側(cè)磨痕，閥桿相對應(yīng)位置處有深達(dá)2 mm半周拉傷痕跡，懷疑為現(xiàn)場安裝時軋?zhí)m位置處掉入較大硬質(zhì)顆粒物致閥桿磨傷。碟板密封面有一長約50mm、深約1 mm條狀刮痕，相對應(yīng)處金屬密封環(huán)拉毛。分析認(rèn)為，這是閥門卡澀的主要原因。

關(guān)閉嚴(yán)密的碟板與金屬密封環(huán)受熱膨脹，碟板密封面上的長條狀不規(guī)則拉痕增大了碟板與密封環(huán)的摩擦阻力。碟板進(jìn)汽受壓后，軸向單側(cè)受壓加劇了碟板與密封環(huán)之間的摩擦阻力導(dǎo)致閥門卡澀和開啟受阻。

該摩擦力的臨界點(diǎn)在0.28MPa左右。高于此壓力值則閥門卡澀，低于此壓力值則能正常開啟。2#機(jī)組ACV油動機(jī)與1#機(jī)組對換后該調(diào)節(jié)閥仍正常使用30余天，是由于2#機(jī)組ACV油動機(jī)的扭力矩與1#機(jī)組不同所引起的。

六、維護(hù)建議

(1)進(jìn)汽控制閥ACV卡澀現(xiàn)象和原因可以根據(jù)運(yùn)行參數(shù)趨勢比對分析來判斷。

(2)閥門安裝時，注意保護(hù)軋?zhí)m等處不進(jìn)入異物，檢查碟板密封面及金屬密封環(huán)情況應(yīng)無異常。

(3)閥門卡澀后，啟機(jī)過程中應(yīng)盡量降低ACV閥前壓力，但是不能低于ACV閥開啟最小壓力(各機(jī)組壓力不同 )。

(4)機(jī)組溫態(tài)啟動時，可以通過調(diào)節(jié)低壓冷卻蒸汽調(diào)門來控制ACV閥前壓力。熱態(tài)啟動時，可以通過開啟低壓旁路調(diào)門來控制ACV閥前壓力。

(5)更換下的舊閥及時解體檢查處理，視損壞修復(fù)情況可作為備件繼續(xù)使用。

[1]中國華電集團(tuán)公司.設(shè)備及系統(tǒng)分冊[M]. 北京：中國電力出版社，2009 .

[2]張延軍. 防止DEH系統(tǒng)閥門卡澀[J]. 新疆電力技術(shù)，2009(01).

[3]核電秦山公司維修處. 汽輪機(jī)再熱閥門卡澀故障分析與處理[J].核標(biāo)準(zhǔn)計量與質(zhì)量，2011 (01).